本发明涉及具有能传递氧离子不透气膜(2)的催化反应器膜。膜(2)具有氧化表面和还原表面。在膜的氧化表面涂布有粘合催化剂层，在其还原表面还可涂布促进含氧物质(如O2、NO2、SO2等)还原，在膜上产生氧离子的催化剂。反应器(20)中有被膜(2)分开的氧化区(4)和还原区(6)。还原区(6)中的含氧气体的组分在膜(2)上还原，反应物气体中的还原物质在反应器的氧化区(4)中氧化。反应器(20)在其氧化区(4)中或可还有三维催化剂(5)。选择粘合催化剂层和三维催化剂(5)以促进所要进行的氧化反应，尤其是烃的部分氧化。本发明较好的膜材料是源自钙铁石的混合金属氧化物，本身具有钙铁石结构。较好的实施方案中，氧还原催化剂是La0.8Sr0.2CoO3-x上的Pd(5%重量)。粘合催化剂层是La0.8Sr0.2CoO3-x上的Ni(20%重量)，三维催化剂是氧化铝上的Ni(5%重量)。